某國產轎車車內聲品質主觀評價

張曉娟，劉 巖，劉宗財，賈艷賓

(1.大連交通大學 交通運輸工程學院，遼寧 大連 116028;2.大連科技學院 機械工程系，遼寧 大連 116052;3.長城汽車股份有限公司，河北 保定 071000)

20 世紀80 年代中期開始的聲品質研究，是由于A 計權聲壓級不能正確反映車內聲音質量好壞作出評價來研究噪聲特性。噪聲聲品質評價的好壞，在評價過程中存在不足［1］。聲品質是以心理聲學為基礎，人為評價主體對聲音質量好前提是獲得和實際情況一致的聲事件，這是進行主觀評價實驗的基礎和保證。本次實驗數據采集使用德國Head Acousties 公司生產的HMSIII 仿真人工頭和SQlabII 多通道測試系統。實驗在某國產轎車4 種不同型號的車輛上進行，記錄不同速度勻速行駛工況下副駕駛員位置處噪聲信號，每一工況測試3 次，時間為10 s。實驗場地為平整的瀝青公路，兩側均無建筑物，且選擇在車輛運行較少的時間段進行;駕駛司機為專業司機保證實驗工況的平穩性和準確性。實驗測試后經過監聽和篩選得到40 km/h，60 km/h，80 km/h，100 km/h 4 個速度下的16 個聲樣本，將樣本的時間截取為5 s，進行主觀評價實驗。

1 主觀評價實驗

1.1 評價主體的確定

評價主體就是主觀評價實驗中的接受實驗人員。主觀評價結果的與評價主體對評價內容和評價方法的理解程度密切相關。本文評價主體均為高校學生，共30 名，平均年齡25 歲，聽力均正常。其中博士研究生1 名，碩士研究生18名，本科生11 名，一半以上的同學在進行噪聲課題的研究。

1.2 評價實驗的設計

本次實驗采用成對比較法進行，將評價聲樣本按照一定的排列兩兩組合，在實驗時成對播放，評價者據此作出判斷［2］。成對比較法選擇的詞匯是偏好性，在每組評價樣本中分為A、B 樣本。為了減小工作量，在不影響評價實驗有效性的基礎上，采用半角矩陣方法。其中有120 對i-j 比較，為了驗證評價結果的有效性，輔助設計6 對同一樣本的i-i 比較和12 對不同回放順序的i-j 和j-i 比較，共有138 對。每個聲音樣本時長為5 s，樣本對中前后兩個聲音樣本播放的時間間隔約2 s，則每對評價時間約13 s，完成一組評價約需30 min，符合國外聲品質評價時長的普遍經驗［3］。本次汽車聲品質實驗在半消聲室內進行，如圖1 所示，保證了聽音環境的無干擾性。

圖1 半消聲室內的主觀評價實驗

2 數據誤判和有效性分析

由于主觀評價實驗很大程度上依賴評價人的主觀判斷，在評價中可能會出現以下3 種情況［4］:①評價者在評價過程中注意力不集中;②評價者的評判標準不統一;③各聲樣本聲品質特征相近，較難作出判斷。為了獲得有效實驗數據，必須進行相應檢驗。基于成對比較法的特點，常用3 種基本的數據判別方法:

1)相同聲樣本的檢驗(A-A 檢驗)，將2 個相同聲樣本編為同一組由評價者進行比較，正確結果應為“A 和B 差不多”，否則即說明評價者評價結果錯誤。

2)不同播放順序樣本的檢驗(AB-BA 檢驗)，將同一組聲樣本以不同的順序播放，比較其判斷是否一致。如果結果完全相反則說明評價者的評價結果是錯誤的。

3)三角循環誤判檢驗，3 個聲樣本兩兩分組，各組之間的判斷是相互聯系的，如果評價結果互相矛盾說明評價是錯誤的。例如，某評價者判斷聲樣本“A 比B 好些”、“B 比C 好些”，但是在比較A 和C 時卻又給出“C 比A 好些”的評價結果，很明顯，在這種情況下說明至少有一個判斷結果是錯誤的。

本次主觀評價實驗三角循環誤判統計采用同濟大學毛東興等人提出的CalTriads 計算函數:

依據此函數，3 個聲樣本正確的評價結果如表1 所示。根據表1 編寫Matlab 程序，計算每一個評價人員的三角循環誤判次數，作為數據有效性檢驗的標準。

表1 三角循環判斷正確的判斷

根據誤判理論得出3 種類型判別方法的誤判次數和誤判率如表2 所示。誤判計算結果可以使用由Kendall 提出的記權一致性系數進行檢驗［5，6］，進行主觀評價數據的重復性和有效性檢驗。計權誤判率為

計權一致性系數為

式中:Cw為記權誤判率;Ei為第i 種誤判可能產生的次數;Ci為第i 中誤判實際產生的誤判率;ξw為記權一致性系數。

經過統計計算不同回放順序和三角循環誤判的可能出現的次數分別為12 和120 次。由此計算得出一致性系數如表2 所示。

對于誤判率較高的評價者予于剔除。剔除的一般遵循以下原則［7］:①計權一致性系數最好在0.7 以上，以保證結果的較高可靠性;②約10% ～20%人員評價結果予于剔除。根據計權一致性系數的計算結果，最終剔除計權一致性系數較低的Tp13、21、28、3 位評價者。

由于在本次主觀評價實驗的成對比較法中關鍵詞是偏好性，在剔除一致性系數的偏低的評價者后，對剩余的評價者數據的有效性需進一步進行檢驗。本文采用pearson 相關系數來評判整體評價人員數據的有效性。各樣本偏好性得分的評價統計矩陣用SPSS 軟件計算得到相關系數在0.8 以上，所以本次主觀評價實驗數據是有效的。

表2 3 種判別方法統計的誤判次數和誤判率

3 聲品質主觀評價與客觀參量相關性分析

3.1 樣本的偏好性分值

經過前面的誤判分析和一致性檢驗，編寫Matlab 程序計算得出各個樣本的偏好性分值如表3 所示。

表3 樣本工況和偏好性分值表

通過圖2 可以看出，隨著速度的增加偏好性得分逐漸降低，4 種不同車型的同一速度偏好性得分相差不大。偏好性相對較高的為1 車，1 車是某國產轎車的新車型，從而可以看出汽車廠家在聲品質方面做了相應的改進。

圖2 車速與偏好性關系

3.2 主客觀相關性研究

為了研究主觀評價和客觀參數之間的關系，本文進行了主客觀相關性的研究。本文一共采用了16 個聲樣本進行主觀評價實驗，進而對偏好性和客觀參量進行相關性研究。表4 為各樣本的客觀參量值。

通過使用SPSS 軟件計算得出偏好性與各客觀參量之間的相關系數如表5 所示，全部為負值，說明樣本偏好性與各客觀參數為負相關，即樣本的聲品質越好，各客觀參量的值越小。其中A 計權聲壓級、響度、尖銳度和粗糙度的相關系數的絕對值在0.9 以上，表明他們之間有較高的相關性。在本次的主觀評價實驗中，樣本的截取時間是5 s，并且是勻速工況運行，所以樣本的抖動程度很小。所以偏好性與抖動度的相關程度最小，相關系數為-0.816。其中與樣本偏好性相關性最高是響度，相關系數-0.991，從而說明其對車內聲品質影響較大。圖3 ～圖6 為為偏好性與A 計權聲壓級、響度、尖銳度和粗糙度的關系散點圖。

圖3 偏好性與A 計權聲壓級的關系

圖4 偏好性與響度的關系

圖5 偏好性與尖銳度的關系

圖6 偏好性與粗糙度的關系

表4 各樣本的客觀參量值

表5 客觀參數與偏好性的pearson 相關系數

3.3 偏好性與客觀參量的線性回歸分析

采用SPSS 中線性回歸多元逐步回歸過程，得出了4 個回歸模型，其參數如表6 所示。

根據4 個回歸模型的復相關系數R，決定系數R2和標準估誤差來看，第4 個模型好于其余模型。由此可以看出偏好性與響度和A 記權聲壓級關系密切。同時根據第4 個模型的F=811.258，顯著性的結果為0.000，R2值為0.991，可知偏好性與A 記權聲壓級和響度之間存在線性關系。根據SPSS 計算的得出的模型四的線性回歸方程為其中:P 為樣本的偏好性;x1為A 記權聲壓級;x2為響度。

同時通過觀測的累計概率如圖7 所示，可以看出預測模型的殘差分布服從正態性，進而驗證所建線性模型的正確性。

表6 模型匯總表

圖7 回歸標準化殘差的標準P-P 圖

4 結論

1)本文分析了車內聲品質主觀評價流程，對某國產四種不同類型轎車進行了聲品質主觀評價實驗，得出隨著速度的增加，車內聲品質呈下降趨勢。當速度為40 km/h 時偏好性得分最高位12.9，速度為100 km/h 時偏好性得分最高為2.28。

2)通過車內聲樣本的主客觀相關性分析得出，車內聲品質與響度和A 計權聲壓級存在高的負相關性，其pearson相關系數分別為-0.991 和-0.987。

3)通過偏好性與客觀參量的線性回歸分析，得出4 種模型，其中與A 記權聲壓級和響度模型較為準確，能很好的反映其關系其R 為0.991。并通過回歸標準化殘差累計概率圖驗證其模型的正確性。

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